配电能效平台在降低城市污水厂电气能耗的应用

配电能效平台在降低城市污水厂电气能耗的应用

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：污水处理厂在缓解城市日益严峻的水污染问题上发挥着巨大作用。但是目前较高的运行成本和电费使得污水处理厂未能获得预期的效益，影响了污水处理的有效性。因此，需要通过有效的节能降耗措施来降低运行能耗。笔者结合实践经验，对降低污水厂电气能耗的对策谈谈自己的几点思考和认识。

关键词：污水厂；供配电系统；照明系统；节能对策；损耗

0引言

目前能源紧张局面日益呈现，这就要求各污水处理厂能够使用较少的能源获得较大的收益。污水处理厂作为节能减排的排头兵,同时也是能耗密集型企业,其运行费用和电费一直是居高不下,因此,如何节约能源,降低电气能耗，提高经济效益,是城市污水厂需要思考的问题。

1供配电系统的节能降耗对策

1.1变电站的合理布置

变电站应尽可能的设置在负荷中心,进而减少配电半径、降低电缆成本及线路损耗,而且对供电的稳定性、安全性也有提升作用。

1.2供配电级数应减少

目前多数的污水厂总用电负荷1000～10000kW，供电电源电压采用10、20或35kV,用电设备为0.4、6或10kV,为此，我们应尽量减少配电级数,减少电源配电环节的损耗。

1.3合理选择变压器容量

合理选择变压器容量及台数，可以使其运行在*佳经济负载率附近,并且可以根据用电性质合理调整变压器的运行台数，减少变压器轻载导致的电能浪费。

1.4提高供配电系统的功率因数

提高供配电系统的功率因数，可以减少线路及变压器的无功功率损耗，从而实现节能。由于提高了功率因数，减少了无功功率，供给同一负荷功率所需的视在功率和负荷电流均减少,可以更合理地选择变压器容量和线路截面，既可以节能，又达到降低投资的目的。可通过以下措施提高功率因数：

①在选择设备时采用功率因数较高的用电设备。

②用电设备均为低压设备的污水厂采用低压集中补偿方式，有利于管理；但对于功率因数很低的设备应采用就地补偿装置进行合理补偿,例如紫外线消毒设备,由于功率因数很低,因此应在其控制设备内进行补偿，可有效降低线路无功损耗。

③对于供电距离较远的高压电动机设备，应采用就地单独补偿装置进行无功补偿。

1.5采取抑制高次谐波的措施

随着污水处理厂变频调速装置的应用及非线性负载的增多，污水处理厂电气系统谐波含量也随之增多。谐波不仅会使系统的功率因数下降，而且在设备及线路中产生热效应，导致电能大量损失。因此，对供配电系统存在的谐波进行监控和检测，并采取行之有效的谐波抑制措施，减少谐波对电网的影响,对污水处理厂供配电系统节能显得尤为重要。抑制和治理谐波的常用措施如下:

①低压变器采用△／YO-11点接线方式,防止3次及3n次谐波对电网系统的污染。

②采用带消谐电抗器的并联电容器组补偿装置，可有效防止补偿电容与系统电抗造成的并联谐振对谐波的放大及对电容器组造成的损坏。

③采用无源滤波器抑制高次谐波。如果配电系统具有相对集中的大容量非线性负载时，宜选用无源滤波器,这样成本较低，经济合理。

④采用有源滤波器抑制高次谐波。如果配电系统具有大容量非线性负载，且变化较大，用无源滤波器不能有效工作时,采用有源滤波器，可以有效地抑制及消除高次谐波，尽管投资较高，但从安全运行、节能降耗等多方面考虑,还是比较合理的选择。

2电气线路的节能措施

2.1电气负荷的合理分配

尽量保证三相负荷的平衡，尤其在一些照明负荷供电、路灯负荷供电及部分通风装置、电热设备的供电回路上，需要考虑负荷的平衡及合理性,避免单相负荷过大造成的线路损耗。

2.2合理选择电缆及导线截面

按照导线及电缆的经济电流截面选择电缆。根据《电力工程电缆设计规范》fGB50217--20071第3.7.1条第4款的规定：10kV及以下电力电缆截面选择除考虑丁作电流、短路电流及电压降以外,尚宜按电缆的初始投资与使用寿命期间的运行费用综合经济的原则选择。

2.3尽量减少供电线路的长度

将变压器深入负荷中心,配电线路尽量走直线,减少低压配电电缆或导线的长度，不仅可以降低线路损耗，而且还可以减少线路压降，提高供电质量及可靠性。

3合理选择电气设备

3.1选择节能型变压器

不同型号的变压器南于其绕组材质、截面积不同，电能传递效率存在显著差异，价格也有明显不同，根据不同变压器节能和价格差的回收年限计算,绝大部分低损耗节能型变压器资金的回收年限为2～5年，因此应优选高效、低损耗、节能型变压器。

3.2选择高效电动机

根据国标《中小型相异步电动机能效限定值及能效等级》（GB18613--2006）的相关规定，从2011年7月1日起开始强制实施高效电动机的考核指标。该标准适用于690V及以下电压、功率<315kW的异步电动机。该规范针对电动机的能效限定值考核指标是强制性要求,需要选用符合标准的产品。根据相关资料,高效电动机的节电率>15%。

4合理选择控制系统

4.1选择变频调速节能设备

污水处理厂的风机、水泵类负载较多，工艺专业都是按*大需量来考虑选择设备的能力,而设备正常T作时的负载往往比设计值要小许多，在大多数时间里水泵和风机都不会满载运行，这就造成了整个污水处理过程的能源利用效率低、浪费严重。同时,由于电机长期处于高速运转状态，机械磨损大，维护费用高，使用寿命相应缩短。由流体学相似定律可知,流量与转速成比例,而功率与转速的3次方成比例，由于水泵采用调速控制，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅下降，采用新型的智能化节电设备，运用计算机模糊控制理论和变频技术,通过对设备负荷的状态跟踪，适时调节风机的风量或水泵的流量，使其随负荷的变化而同步变化，可以*大限度地节约电耗,因此节能效果非常明显。

4.2合理选择控制系统

针对污水厂用电设备多、工艺复杂的特点，采用智能化精确控制系统，合理调节控制系统参数,使得用电设备开停及运行时间更合理，也能够*大限度地节约电耗。例如，可以精确测定进水流量、曝气池需氧量等,运用合理的控制系统模型，精确调整水泵的流量及鼓风机的风量,可降低无谓的消耗，节约运行成本。

5照明系统节能

5.1合理采用高效光源

随着污水再生回用项目的增多，污水处理厂内大型车间越来越多，大型厂房及车间应采用高压钠灯、金属卤化物灯或大功率细管径荧光灯等高效节能型光源。办公室、值班室、配电室等场所应采用三基色细管径荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等，尽量不采用白炽灯。

5.2合理采用节能型光源的用电附件

气体放电灯镇流器种类多、质量参差不齐,应尽量淘汰普通电感型镇流器，建议使用低损耗的镇流器(如电子镇流器、低损耗节能电感镇流器等)，可减小线路损失,提高供电质量。选用的气体放电灯应在灯具内设就地补偿电容,提高功率因数，降低线路损耗。

5.3合理改进灯具控制方式

办公室、值班室等房间内灯具采用一灯一控的方式，对灯具进行控制。大型车间采用多区域控制，既节能，又能满足照明需要。公共走道、楼梯问等场所采用声光控开关，人到灯开,人走灯关,该开关具有成本低、节电效果好的特点,应尽量采用。厂区道路照明尽量采用光控与时控相结合的控制方式,天黑时自动开启、天亮后自动关闭，避免由于人为原因忘记关灯,造成电能浪费。

6AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

6.1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，重点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

6.2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

6.3平台拓扑图

6.4平台子系统

6.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

6.4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

6.4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。高效、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

6.4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际先进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

6.4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适、高效的目的。

6.4.6电气安全

6.4.6.1电气火灾监测

监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

6.4.6.2消防应急照明和疏散指示

根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

6.4.6.3消防设备电源监测

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

6.4..6.4防火门监控系统

防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

6.4.7环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

6.4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

6.4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

审核编辑 黄宇